додати матеріал


Універсальний генератор

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені М. Е. БАУМАНА
УНІВЕРСАЛЬНИЙ ГЕНЕРАТОР.
Розрахункова частина роботи
з курсу "Основи електроніки"

Мета роботи: вивчення властивостей і принципів дії підсилювачів низької частоти на біполярних транзисторах, вивчення методики проектування і розрахунку генераторів коливань прямокутної форми з керованою частотою проходження імпульсів.
Завдання:
Позначення
Значення
Потужність, що розсіюється на навантаженні, Вт.

15
Опір навантаження, Ом.

5
Нижня частота, Гц.
fmin
10
Верхня частота, кГц.
fmax
10
Амплітуда напруги на вході кінцевого каскаду, В.
Uвх ОК
2
Обгрунтування структурної схеми.
Для генерування прямокутних імпульсів, частота слідування яких регулюється за допомогою аналогового сигналу, можна вибрати схему функціонального генератора з керованою частотою вихідного сигналу. Структурна схема приведена на черт.1.
Для порушення коливань використовується комутатор (повторювач напруги, знак якого залежить від стану транзистора) і тригер Шмідта (компаратор з позитивним зворотним зв'язком).
Для формування тимчасових інтервалів використовується інтегратор.
Діф.каскад вводиться, так як нижня частота смуги пропускання дорівнює 0.3 Гц, (дивись нижче) і можна говорити, що вихідний підсилювач - підсилювач постійного струму (ППС). З чого випливає, що якщо використовувати на вході вихідного підсилювача просто ємність, то її величина буде становити порядку сотень мікрофарад або одиниць мілліфарад, а це досить великі величини.
Кінцевий каскад буде виконуватися у вигляді двотактного каскаду, тому що навантаження за завданням низькоомних. При правильному підборі режиму роботи, застосування останнього, дозволить підвищити ККД і знизити нелінійні спотворення на виході підсилювача.
Для "розгойдування" двотактного підсилювача і узгодження використовується попередній підсилювач ОЕ, керуючий вхідним струмом транзисторів.
ГСТ використовуються для стабілізації струмів ОЕ і Діф.каскада.
Для значного зменшення нелінійних спотворень на виході генератора, використовується ООС. Розрахункова частина
Генератор коливань прямокутної форми з регульованою частотою прямування. Частота проходження визначається аналоговим сигналом.
1. Вибираємо ОУ. Т.к. ми маємо малопотужний генератор, то
Umax вих ОУ = ± 10-12 В, а тому сигнал змінюється в межах 3-х порядків за частотою, то Umin вих ОУ = ± 10-12 В, отже eсм <10 мВ
Бажано, щоб швидкість наростання імпульсу була більше, а залежність eсм від Т менше. Даним параметрами задовольняє ОУ К154УД2
Uвих = ± 10В, Rн = 2 кОм, С = 3 ¸ 10 нФ, V = 75 В / мкс, Кeсм = 20 мкВ / K
2. Стабилитрон - елемент включається в схему для стабілізації Uвих при скачках Eп. U стабілізації одно U тригера Шмідта => ми вибираємо КС182 A, у якого Uст = 8,2 У
3. R 7   UR7 - Uст = 10-8,2 = 1,8 B, R7 = UR7 / IОУ = 1,8 В/5мА = 360 Ом
4. R 5 - резистор, необхідний для падіння на ньому частини сигналу при відкритому діоді VD1 для запобігання від перегріву польового транзистора (для того, щоб привести останній в закрите стан потрібно малий сигнал)
R5 = (Uст - Uд) / 0,2 × Im = 7,5 кОм
5. Діод VD 1 - необхідний для відсічення негативного напівперіоду сигналу, одержуваного з тригера Шмідта, для приведення польового транзистора у відкритий стан (ключ замкнутий)
Д220: Im = 5мА, U = 50В - задовольняє наших умов.
Розрахунок інтегратора:
IR = IC = 0,8 × Imax = 4мА,
R6 = Umax / IR = 10В/4мА = 2,5 кОм,
С1 = Umax / 4 × Uст × Fmax × R6 = 6нФ.
Розрахунок инвертирующего підсилювача:
Iвих = 5 мА. Необхідно, щоб більша частина сигналу пішла на інтегратор IR4 = 1мА; Iінтеграт. = 4 мА,
R1 = R4 = Uвих/IR4 = 10В/1мА = 10 кОм.
Для зменшення перешкод, створюваних підсилювачем, R2 = R3 = R1 | | R4 =
= 10кОм / 2 = 5 кОм.
Розрахунок дільника напруги:
Rвх ок = 4,3 кОм,
Uвх ок = 2 В,
U вих справ = Iдел × R8 = Uстаб × R8 / (R8 + R9) = Uвх ок = 2 В,
R8 + R9 £ Rвх ок £ 4,3 кОм,
8,2 × R9 / (R8 + R9) = 2В
R8 + R9 = 4,3 кОм, звідки R8 = 3,25 кОм,
R9 = 1,05 кОм.
II. Ескіз джерела живлення.

Нам необхідно отримати два рівних по величині і симетричних щодо землі напруги: позитивне і негативне. Ми використовуємо для цього найбільш очевидну схему - мостовий випрямляч. Завдяки з'єднанню середнього виводу вторинної обмотки трансформатора із загальною шиною у нас в будь напівперіод вхідної напруги на протилежних кінцях вихідний обмотки є позитивний і негативний напруги. Завдяки ємностей здійснюється двуполуперіодное випрямлення вихідної напруги трансформатора.

III. Розрахунок кінцевого каскаду, що забезпечує посилення сигналу по потужності.
1. Визначаємо робочий діапазон кінцевого каскаду:
fmin = 10 Гц Tmax = 0,1 c
fmax = 104 أ Tmin = 10-4c
На вхід подаються прямокутні імпульси
а) На верхніх частотах:
OK еквівалентний
U вих (t) = Um × (1 - e-tімп / t)
TФР = 2,3 × t, t - постійна часу схеми,
tімп.мін = 1 / 2 × Tmin = 1 / (2 × fmax) = 1 / (2 × 104) = 5 × 10-5 c,
зазвичай вважають TФР = 0,1 × tімп min = 5 × 10-6 с (наша мета - зробити якомога менше TФР), а так як tвч = TФР / 2,3, то fвч = 2,3 / TФР × 2p =
= 73кГц
б) На нижніх частотах:
OK еквівалентний
U вих (t) = Um × e-tімп / t
d = D / Um = 0,1 (наша мета - зробити якомога менше D),
Um - D = Um × e-tімп / t, отже 1 - d = e-tімп / t,
tнч = tімп / d, tнч = tімп / 0,1, tімп = 1 / 2 × Tmax = 1 / (2 × fmin) = 1 / (2 × 10) = 0,05 c, tнч = 0,05 / 0, 1 = Ѕ c, отже fнч = 0,3 Гц,
вважаємо fнч = 0.
fпред (> 5 × fвч) = 400 кГц, fгран = h21Е × fпред = 50 × 400кГц = 20 Мгц
Визначимося з режимами роботи транзисторів. Для транзисторів VT1 і VT2 краще використовувати режими роботи класу АВ. Це трохи знизить енергетичні показники роботи транзисторів, але зате призведе до значного зменшення нелінійних спотворень на виході. Для інших транзисторів виберемо режим А.
2. Розрахунок параметрів транзисторів емітерного повторювача (VT 1 і
VT 2).
Споживана потужність Pïî = Im × п; потужність, споживана навантаженням н = Im × m, 2 × m pасс .= Pпотр-Pн; P'm pаб = 0, отже Eп = 2Um, Pm pасс = .
ز àê êàê R ي = 5 خى, à P ي = 15 آ, î à ى ïëè ني û ه ç ي à ÷ هي è ے è مي àëà ي à ي à م çê ه:
Um ي = آ, Im ي = Um ي / R ي = 9 / 5 = 1,8 ہ,
а необхідна напруга живлення:
Eï = Uê + Um ي = 2 + 9 = 11 آ.
زهلهى ûé êî ôôèè هي èë هي è ے ت U = = 9 / 2 = 4,5,
а потужність, що розсіюється на колекторі одного транзистора:
ذ m pà »0,1 × = 0,1 × 112 / 5 = 2,42 Вт
Виходячи з отриманих даних, вибираємо транзистори, так щоб
PKmax> Pm рас = 2,42 Вт, IKmax> Im н = 1,8 А, UКЕ0max> 2 × Eп = 22 В,
а fгр/h21Е> 5 × fвч = 400 кГц:

VT1
VT2
марка транзистора
КТ850Б
КТ851Б
тип транзистора
pnp
npn
IKmax - постійний струм колектора, А
2
2
UK Е0max - постійна напруга кол.-ем. (I б = 0), В
45
45
PKmax - постійна розсіює потужність колектора, Вт
2,5
2,5
статичний. коеф-т передачі струму в схемі з ОЕ h 21, мінімальне значення
65
65
f гр гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ, МГц
20
20
Знайдемо струм баз транзисторів (максимальний вхідний струм) та вхідна напруга кожного транзистора кінцевого каскаду:
IБ max = IKmax/h21Е = Im н / h21Е = 1,8 / 65 = 0,028 А, Uб max »Um н = 9 В,
вхідний опір кінцевого каскаду:
Rвх ОК = (h21Е + 1) × Rн = 66 × 5 = 330 Ом.
3. Розрахунок транзистора підсилювача з ОЕ (VT3).
Транзистор VT3 працює в режимі А (однотактний).
Так як Rвих ГСТ2>> Rвх ОК, то
= 28 ىہ (Im أرز 2 = 0). ز î من à
нехай = 30 мА - постійна складі угідь
авторсь струму колектора VT3.
Очевидно, що від вибору IК0 залежить потужність, що розсіюється на транзисторі VT3. Тому для того щоб поставити малопотужний транзистор, бажано IК0 знизити.
Вважаючи UKЕ0 »Eп = 11 В, знаходимо Pm рас = IK0 × UKЕ0 = 0,03 × 11 = 0,33 Вт,
виходячи з отриманих даних, вибираємо транзистори, так щоб
PKmax> Pm рас = 0,33 Вт, IKmax> IКЕ m = 0,028 + 0,030 = 58 мА,
UКЕ0max> 2 × Eп = 22 В, а fгр/h21Е> 5 × fвч = 400 кГц:

VT3
марка транзистора
КТ604БМ
тип транзистора
npn
IKmax - постійний струм колектора, А
0,2
UK Е0max - постійна напруга кол.-ем. (I б = 0), В
250
PKmax - постійна розсіює потужність колектора, Вт
3
статичний. коеф-т передачі струму в схемі з ОЕ h 21, мінімальне значення
30
f гр гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ, МГц
40
Розрахуємо коефіцієнт посилення VT3:
KU = U вих / Uвх = = = 30 × 330 / (150 + 13) = 88
Розрахуємо максимальний вхідний струм VT3:
IБ m = IКЕ m/h21Е = 0,058 / 30 = 1,9 мА
Розрахунок генератора стабільного струму (ГСТ2).
ГСТ є активним навантаженням для каскаду ОЕ. Він нам потрібен для підтримки на вході кінцевого каскаду постійного сигналу. Звичайний резистор не годиться, тому що при цьому виникає зсув потенціалів, і у вихідний ланцюга виникне нестабільність, що призводить до спотворень сигналу. Тому як ГСТ ми будемо використовувати транзистор VT4 у схемі ПРО.
ج îù ي îü, à ه èâà هى à ے ي à VT4:
Pm pacc = IK0 VT4 × UK0 VT4 = IK0 VT3 × Eп = 0,03 × 11 = = 0,33 Вт, виходячи з отриманих даних, вибираємо транзистори так,
що PKmax> Pm рас = 0,33 Вт,
IKmax> IКЕ m = 0,028 + 0,030 = 58 мА,
UКЕ0max> 2 × Eп = 22 В,
а fгр/h21Е> 5 × fвч = 400 кГц:
VT4
марка транзистора
КТ941А
тип транзистора
pnp
IKmax - постійний струм колектора, А
0,3
UK Е0max - постійна напруга кол.-ем. (I б = 0), В
30
PKmax - постійна розсіює потужність колектора, Вт
4
статичний. коеф-т передачі струму в схемі з ОЕ h 21, мінімальне значення
20
fгр гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ, МГц
300

Визначаємо значення опорів R18, R19, R20:
для поліпшення характеристик ГСТ використовуємо негативний зворотний зв'язок за струмом,
поставивши RЕ = R20 = UR20/IК0 VT4 = 1 / 0, 058 »20 Ом,
де UR20 = Eп - (Um н + UБЕ VT1 + UKЕ VT4) = 11 - (9 + 0,7 + 0,3) = 1 В.
Розрахунок дільника:
IБ0 VT4 = IК/h21Е = 0,058 / 20 = 2,9 мА, Iдел ³ (5 ... 10) × IБ0 VT4 = 20 мА,
R18 = (UR20 + UБЕ VT4) / Iдел = (1 + 0,7) / 0,02 »100 Ом
R19 = (Еп - UR18) / Iдел = (11 - 1200 × 0,0015) / 0,02 »500 Ом
Виконаємо перевірку: Rвих ГСТ2 = , Де
RБ = R18 × R19 / (R18 + R19) = 100 × 500 / (100 +500) = 85 Ом,
h11Е = rб + (h21Е + 1) × rе = 100 + (20 + 1) × 0,44 = 53,3 Ом, де rЕ = jт/IК0 VT4 =
= 0,026 / 0,058 = 0,44 Ом, h22Е = 1/rКЕ = 10-4, підставляємо:
Rвих ГСТ2 = 104 × (85 + 53,3 + 21 × 20) / (85 + 53,3 + 20) = 35 кОм,
тобто Rвих ГСТ2>> Rвх ОК і ми можемо знехтувати пульсацією струму на виході DI = Um н / Rвих ГСТ2 = 11/35000 = 0,3 мА.
5. Розрахунок диференціального каскаду.
د îëî و è ى, I ف m ن èôô = I ت m VT5, 6> (5 ¸) × Б mVT3 = 15 мА,
IК0 VT5, 6 = ІК m VT5, 6 + 0,05 × ІК m VT5, VT6 = 16 мА;
R13 = IБЕ VT3 / I К0 VT5, 6 = 0,7 / 0,016 »50 Ом
Расчитаем транзистори для даного каскаду.
Р m рас = IК0 × UК0 = 0,016 × 11 = 0.176 Вт Тепер ми
можемо підібрати транзистори VT5 і VT6 так, щоб
PKmax> P m рас = 0,176 Вт,
IKmax> ІК m VT5, 6 + IК0 VT5, 6 = 0,015 + 0,016 = 31 мА,
UКЕ0max> Eп = 22 В,
а fгр/h21Е> 5 × fвч = 400 кГц:
VT5, VT6
марка транзистора
КТ107Б
тип транзистора
pnp
IKmax - постійний струм колектора, мА
100
UK Е0max - постійна напруга кол.-ем. (I б = 0), В
45
PKmax - постійна розсіює потужність колектора, Вт
0,3
статичний. коеф-т передачі струму в схемі з ОЕ h 21, мінімальне значення
120
fгр гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ, МГц
200
Визначимо струм емітера транзисторів IБ = IК/h21Е, тобто IЕ = (h21 +
+ 1) × IБ = (h21 + 1) × ІК / h21 »IК0 VT5, 6 = 16 мА. Постійна складова
IЕ VT5 = ІК VT5 = 5 × IБ VT3 = 5 × 0,0015 = 7,5 мА, при цьому вихідний струм ГСТ1
ІК ГСТ1 = 2 × IЕ VT5, 6 = 2 × 0,0075 = 15 мА, потужність, що розсіюється на VT7
Ррасс m = IK0 × UK0 = 0.015 × 11 = 0.165 Вт
Виходячи з отриманих даних, вибираємо VT7 так,
що PKmax> 2 × Pm рас VT5, 6 = 0,352 Вт,
IKmax> 2 × IК0 VT7 = 32 мА,
UКЕ0max> Eп = 11 В:
VT7
марка транзистора
П504
тип транзистора
pnp
IKmax - постійний струм колектора, мА
500
UK Е0max - постійна напруга кол.-ем. (I б = 0), В
45
PKmax - постійна розсіює потужність колектора, Вт
0,4
статичний. коеф-т передачі струму в схемі з ОЕ h 21, мінімальне значення
10
fгр гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ, МГц
10
Визначимо значення резисторів R10, R × 11, R14. Щоб підвищити
опір ГСТ1, падіння напруги на R14 вважаємо
UR14 = 0,8 В;
IЕ VT7 = IБ VT7 + ІК VT7; IБ VT7 = ІК VT7/h21Е, тобто IЕ VT7 = ІК VT7 »0,015 А;
R14 = UR5/IЕ VT7 = 0,5 / 0,016 = 31,25 Ом, вважаємо 35 Ом.
IБ VT7 = 0,015 / 10 = 1,5 мА; Iдел ГСТ1 = 10 × IБ VT7 = 15 мА;
R10 = (UR14 + UБЕ VT7) / Iдел = (0,8 + 35 × 0,015) / 0,015 »88,3 Ом,
вибираємо R10 = 100 Ом;
R11 = (Еп - UR10) / Iдел = (11 - 100 × 0,015) / 0,015 »633 Ом,
вибираємо R11 = 650 Ом.
Перевіримо Rвих ГСТ1 = (RБ + h11Е + (h21Е + 1) × RЕ / h22Е × (RБ + h11Е + RЕ), де RБ = R10 × R11 / (R10 + R11) = 87 Ом; h11Е = rб + (h21Е + 1) × rЕ = 100 + (10 + 1) × × 0,026 / 0,015 = 120 Ом, h22Е = 10-4, тоді Rвих ГСТ1 = 104 × (87 + 120 + 81 × × 35) / (87 + 120 + 35 ) = 126 кОм, що нам і було потрібно.
Знайдемо R12. Для узгодження каскадів візьмемо R12>> Rвх VT5;
r вх VT5 = rб VT5 + rЕ VT5 × h21Е VT5 = rб VT5 + (0,026 / IЕ VT5) × h21Е VT5 = 100 +
+ (0,026 / 0,015) × 81 = 240 Ом. Покладемо R12 = 10 кОм
6. Розрахунок діодів організують зсув транзисторів ЕП
Діоди, що дозволяють працювати емітерного повторювача в режимі класу В, можна вибрати по єдиному параметру - протікає току:
IД = 35 мА, вибираємо УД413В
7. Розрахунок системи негативного зворотного зв'язку
Необхідний коеф-т посилення вихідного каскаду КU = U вих / Uвх =
= 9 / 2 = 4,5. Але нам відомо, що якщо загальний коефіцієнт посилення багато більше від необхідного, то коефіцієнт посилення дорівнює глибині зворотного зв'язку: КU = K / (1 + b × K) »1 / b = 4.5, тобто b = 0,22, де b - коефіцієнт передачі зворотного зв'язку. Визначимо КU диференціального каскаду:
КU діфф = U вих / Uвх = IK × RKN / (ІБ × Rвх) = b × RKN / (RБ + rЕ × (1 + b)) »RKN / rЕ,
RKN = R13 × Rвх каско ОЕ / (R13 + Rвх каско ОЕ),
Rвх каско ОЕ = rб каско ОЕ + (h21Е VT3 + 1) × rЕ каско ОЕ = 100 + 0,026 × 30 / 0,03 = 126 Ом, RКН = 50 × 126 / (50 +126) = 35,8 Ом,
rЕ VT5, 6 = 0,026 / 0,016 = 1,6 Ом
KU діфф = 35,8 / 1,6 = 22,4
КU = KU діфф × КU ОЕ = 22,4 × 88 = тисяча дев'ятсот сімдесят одна>> 4.5, видно, що загальний коефіцієнт посилення багато більше від необхідного. Тоді для резисторів R17 і R16 отримуємо систему b = R16 / (R17 + R16), R16 <rвх ДіфКаск, R16 + R17>> Rн. Вибравши R16 = 65 Ом, отримаємо R17 = R16 / b - R16 = 65 / 0,22 - 1965 = 230 Ом. Дані значення опорів відповідають усім умовам.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
58.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Генератор електричних іскор генератор нових ідей
Універсальний вольтметр В7 26
Універсальний еволюціонізм
Універсальний вольтметр В7-26
Універсальний програвач WinMedia
Фольклор як універсальний тип субкультури
Універсальний етикет ділового спілкування
Різне - Редьярд Кіплінг універсальний талант
Політичний плюралізм як універсальний засіб забезпечення демократії
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru